CN2733422Y

CN2733422Y - 感应无线料场移动机械地址检测及自动控制系统

Info

Publication number: CN2733422Y
Application number: CNU2004200682642U
Authority: CN
Inventors: 聂础辉; 李徽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2014-07-23

Abstract

本实用新型涉及感应无线通信技术和自动控制技术，特别指料场移动机械的地址检测和自动控制，可实时检测各种料场中移动机械的精密位置，并对这些机械进行统一指挥调度，对整个生产过程进行实时监控的自动化控制系统。本实用新型由机上控制部分、编码扁平电缆、地面实时控制中心和上位计算机组成，机上控制部分完成移动机械的信息收集和动作控制，并通过编码扁平电缆实现车上与地面间的数据通信，地面实时控制中心完成移动机械的地址检测和信息综合，上位计算机完成实时工况的动态显示和生产作业的调度管理，并可通过网络适配器联接至企业的局域网。可普遍适用于钢铁、矿山等各类料场具有多生产线、多台作业机械的计算机集中管理与自动化控制。

Description

感应无线料场移动机械地址检测及自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及感应无线通信技术，特别指感应无线料场移动机械的精确定位和数据通信，及对料场各种设备统一指挥，对整个生产过程进行实时监控的自动化控制系统。

背景技术

国内各钢铁公司、大型港口、码头都配有大型的料场，利用堆料机、取料机、混匀机等大型移动机械实现物料的装卸、搬运及混合。怎样解决这些移动机械(机车)的定位、机车之间的动作互锁、各机车与地面中央控制室间的通信联络等技术难题，是实现料场控制与管理自动化的关键所在。长期以来，利用有线的拖带电缆实现地面与机车间的数据成为其常规的手段，但有线的羁绊与拖带的易损与不可靠性，成为整个控制系统不稳定的主要因素；而没有一套有效的、高可靠的实现移动机械位置检测的方案，使机车的定位，也使料场的自动化遥不可及。我国广大技术人员曾多方努力，先后采用了“γ射线式”、“干簧管式”、“条形码式”、“继电接触式”等技术，但均以可靠性差、不能适用于恶劣的现场环境等多方面原因，得不到用户认可而以失败而告终。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进，提供一种利用感应无线技术实现移动机车的精确定位和数据通信，利用现代计算机技术实现生产过程自动化控制并具有无线通信的稳定、灵便，位置检测精度高、快捷可靠，生产过程控制和管理自动化程度高的感应无线料场移动机械地址检测及自动化控制系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：本实用新型由设在地面的中央控制室、计划记录上位工控机、实时动画工控机、打印机、移动机械机上部分、生产线附属感应无线编码电缆组成，其中通过感应无线编码电缆进行地面中央控制室与移动机械的通信联络，通过安装在中央控制室的地址检测设备进行移动机械的位置检测与定位，且计划记录上位工控机的上位计算机将操作指令下载到中央控制室，信号经处理后，经感应无线编码电缆感应到移动机械的机上部分，并经机上部分解释后指挥各移动机械执行相应操作，同时机上部分收集各种信息，信号经处理后感应到感应无线编码电缆，经中央控制室综合处理，上载到计划记录上位工控机，产生实时数据，形成实时动画，并将计划记录上位工控机和实时动画工控机通过网络适配器连到企业网。

本实用新型有以下优点：

1、适应多生产线、多台作业机械的集中管理与自动化控制；

2、利用感应无线技术实现地面中控室与各移动机械的位置检测与数据通信，一举两得；

3、精确的位置检测：检测精度：最小可达5mm；检测长度灵活可变：通过增加感应无线编码电缆的数量与规格，可适应各种长度的生产线；检测方式：连续绝对位置检测，即使系统掉电，一旦恢复，马上可得到现行位置；复用方式：TDMA或FDMA。

4、可靠的实时数据通信：误码率＜10^-7；通信方式：感应无线，既有无线方式的便利又有有线方式的可靠；调制方式：FSK或FFSK；复用方式：TDMA或FDMA。

5、工况的动态显示，使整个生产线的工作情况一目了然；

6、多种生产计划的生成与编排功能，特别是自动生成计划功能；

7、自动形成生产纪录和各种报表；

8、应用场合广泛：可普遍适用于各种恶劣条件，如高温、多尘、腐蚀气体下料场、工场、码头的各种移动机械的位置检测、通信与自动化控制。

附图说明

图1是本实用新型原理方框图

图2是调制解调器调制器原理图

图3是调制解调器解调器原理图

图4是车上显示屏原理图

图5是G线交叉编码图和R线编码图

图6是格雷码转换为二进制码电路图

图7是地上局地址检测电路框图

图8是不同时刻信号相位比较图

图9是HRPD地址检测原理示意图

图10是天线移动示意图

图11是电压模拟量变化与精密地址的关系示意图

图12是地址检测部分组成原理框图

图13是载波部分电原理图

图14是发送天线电原理图

图15是感应无线编码电缆交叉编码图

图16是带通滤波板电原理图

图17是地址检测板电原理图

图18是HRPD地址检测电原理图

图19是数码地址显示电原理图

具体实施方式

由图1可知，本实用新型以感应无线编码电缆作为通信与位置检测的媒介，通过安装在堆料机、取料机、混匀机等移动机械上的天线与感应无线编码电缆间的近距离(5-20cm)感应实现地面中控室与机车间的通信联络，通过安装在地面中控室的感应无线地址检测设备实现堆料机、取料机、混匀机等移动机械的位置检测与定位，且设在中控室的上位计算机将生产计划与操作指令下载到实时控制中心，通过IR_MODEMC调制放大后送往感应无线编码电缆，经各机车上的感应天线接收，并经机车上的IR_MODEMV解调后送达车上控制器，经控制器解释后指挥各机车执行相应的操作，同时车上控制器收集本车上的各种动作与相关信息反馈，经车上IR_MODEMV调制放大后由天线发出，感应无线编码电缆接收后，经中控室中的IR_MODEMC解调，送实时控制中心综合处理，形成纪录等相关信息，上载到上位计算机，一方面产生实时生产数据供打印、查询、备案，另一方面形成实时动画，得到整个生产过程的监控画面。可见控制装置在计算机的统一指挥下，对整个生产过程进行实时指挥与监控，实现机车的自动定位、生产计划的自动生成与自动下达、生产纪录、报表的自动生成与打印，实现机车间的动作互锁，防止碰撞、错料等恶性事故的发生，保证生产的安全与高效，为料场生产的自动化控制提供了全新的解决方案。不仅如此，该装置还具备网络功能，可联至企业的管理信息系统，从而实现企业对料场生产的集中联控。

本实用新型所述的中央控制室(16)由实时控制中心(1)和多套地址检测设备(2)、IR_MODEMC(3)、HVB(4)组成，其中感应无线编码电缆(6)信号由通信电缆连接至HVB，将R信号和G信号传输到带通滤波板，由PC控制带通滤波板的模拟开关电路分时采集R信号和G信号，经放大滤波后将其送到地址检测板，地址检测板中，R信号经整流滤波后接A/D转换器，经PC采集比较，选出一路基准信号与带通滤波板送来的G信号作相位比较得到地址数据，由PC变换后得到当前机车所处的APD位置。同时HVB将G₀信号和G₀′信号传输到HRPD地址检测板，板上单片机控制的模拟开关电路分时采集G₀信号和G₀′信号，经放大、滤波的信号经整流滤波后连接A/D转换器，由板上单片机得到精密地址数据，经PC采集后与APD地址数据综合，即可得到高精度位置数据。

本实用新型所述的移动机械机上部分(15)包括天线(9)、车上控制柜(14)和车上显示屏(13)，其中车上控制柜(14)由IR_MODEMV(10)、输入输出部件(11)和车上控制器(12)组成，其中车上控制器(12)将数据以串行方式通过DP_DIN线在DP_CLK的作用下逐位传送给U1_PIN8(U1：HD7279)，经U1转换为并行数据后化为段、位显示数据，其中段数据从U1_PIN10～U1_PIN6(SG～SA)输出，经R2～R8限流后送达高亮七段数码LED组合D1～D14；同时位数据从U1_PIN18～U1_PIN25(DIGO～DIG7)输出，经由Q1、Q2、RP1、RP2～Q13、Q14、RP1、RP2组成的达林顿驱动电路进行电流放大后分别加到高亮七段数码LED组合D1～D14的公共端，与段数据一起完成要显示数据的动态扫描显示。小数点位从U1_PIN17(DP)输出，经过JP4、JP5跳线选择后加到R9、D15和R10、D16，完成“。”或“：”号的常亮或闪烁显示。

本实用新型所述的IR_MODEM分为地上调制解调器IR_MODEMC(3)和车上调制解调器IR_MODRMV(10)，由调制器和解调器两部分组成，其中：

a、感应无线调制器将实时控制中心(1)或车上控制器(12)送来的请求发送信号RTST延时后形成CTST信号回送，同时发送数据TxDT经电平变换器U1变成TTL信号后在RTS的门控下送到调制器芯片U5，形成FSK调制信号，经RTS控制的模拟选通门U0选通和U8射随后，送由U6、U7组成的放大器放大，经T1、T2隔离后分两路从V01、V02输出，送感应无线编码电缆(6)或车上天线(9)发送。其中FSK调制载波的频率由R4、VR1、C17和R6、VR2、C17决定。

b、感应无线解调器接收从感应无线编码电缆(6)或车上天线(9)感应到的从VI1、VI2输入的两路调制信号，经U12、U13组成的前置放大器放大，D1、D2、D11、D12限幅和RTS控制的模拟选通门U30选通后，由U14、U9和U15、U10两级带通滤波放大后滤去干扰信号，一路送U11、U16组成的幅度检测电路形成准DCD信号，另一路送U17解调芯片解调后还原成TTL信号从U17_7输出，并在准DCD信号和U17_6输出的DCD信号的控制下，经U1变换成RS-232C或RS-485信号，送实时控制中心(1)或车上控制器(12)接收。

本实用新型的工作原理：根据企业提供的生产工艺，输入现场生产作业线个数、投入运行的移动机械数、作业时间、移动位置、检修时间等参数，计划记录上位工控机17将通过相应的算法自动生产计划，并以一定的报文格式通过串行接口RS-232/RS-485下载到实时控制中心(1)，这些生产计划也可在(17)上人工录入或修改，也可由企业网(20)下载，并经打印机(19)打印，作为操作工检验与监控计划执行情况的依据。实时控制中心(1)接收到这些计划后，立即保存并将当前要执行的单个计划逐条压缩编码后，经(1)中的串行接口RS-232C送到各生产作业线对应的IR_MODEMC(3)，IR_MODEMC为中控室感应无线INDUCTIVE RADIO调制解调器，接受(1)送来的串行数据即生产计划编码指令经FSK或FFSK调制放大后送HVB(4)，经阻抗匹配与隔离后通过始端箱(5)送往感应无线编码电缆(6)；安装在堆料机、取料机、混匀机等移动机械上的靠近(6)的天线(9)，距离为5-20cm，依据电磁感应原理将感应到上述调制信号，该信号经差分放大消除外界杂散干扰信号后送到IR_MODEMV(10)，IR_MODEMV为车上感应无线INDUCTIVE RADIO调制解调器，将(9)送来的信号进一步放大、滤波后经FSK或FFSK解调，还原为生产计划的串行编码指令，送往车上控制器(12)，其接口为RS-485；车上控制器(12)对这些指令分析解码后一方面送往输入输出部件(11)，形成对各移动机械的操作控制信号，使各移动机械按生产计划指令工作，达到指挥各移动机械按预定生产计划作业的目的，另一方面将这些计划指令信息送往车上显示屏(13)，RS-485接口，实时动态显示当前的生产计划与动作信息，起到监视作业完成情况的作用。

与此同时，各机上部分的输入输出部件(11)通过各种传感器将各移动机械的动作信息、作业参数等收集、调理后送给车上控制器(12)并行接口，车上控制器(12)将这些信息压缩编码后，作为上述生产计划报文的应答报文，回送给IR_MODEMV 10，IR_MODEMV对该报文进行FSK或FFSK调制放大后送车上天线(9)发送；该调制信号被安装在附近的感应无线编码电缆(6)接受，通过始端箱(5)送地面中控室的HVB(4)，经隔离后，一方面将调制信号送IR_MODEMC(3)，经放大、滤波后FSK或FFSK解调出串行的车上信息压缩编码，送实时控制中心(1)，实时控制中心(1)接收到各车送来的信息编码后，重新整理编码后通过串口RS-232C/RS-485送实时动画工控机(18)，实时显示各车的动作情况及整个生产线的动态工况，同时送计划记录上位工控机(17)，自动形成生产记录和各种报表，并存盘备查，也可通过打印机(19)打印出来，作为生产数据档案。这些信息均可经网络发布到企业网，有权用户将能实时浏览。

另一方面，上述车上天线(9)发送信号中的载波信号被安装在附近的感应无线编码电缆(6)接受后，通过始端箱(5)送地面中控室的HVB(4)，经隔离后送感应无线地址检测设备(2)，检测出堆料机、取料机、混匀机等移动机械的精确的绝对位置，通过并口送往实时控制中心(1)，与上述车上信息一起由实时控制中心(1)综合形成送实时动画工控机(18)和计划记录上位工控机(17)的编码信息。

当生产作业线上有多台机械同时作业时，其与地面中控室的通信与位置检测将采用TDMA时分复用或FDMA频分复用技术实现，当作业机械少于3台时，可采用TDMA，适当降低成本；而当作业机械多于3台时，需采用TDMA与FDMA相结合的方法，届时中控室的感应无线地址检测设备(2)和IR_MODEMC(3)的数量将随频点数的增加而增加，相应的成本亦会增加，但这样做的好处是将解决TDMA方式轮流点名引起的通信与位置检测的延时。

感应无线调制解调器IR_MODEM的工作原理：感应无线调制解调器IR_MODEM根据其安装位置分为地上调制解调器IR_MODEMC和车上调制解调器IR_MODEMV，其主要区别在于载波频点的不同；每种调制解调器均由调制器和解调器两部分组成。以上是各部分的工作原理描述：

1、感应无线调制器

如图2所示，为感应无线调制解调器IR_MODEM调制器部分的原理图，实时控制中心(1)在发送数据时，首先使RTST信号有效，送U1_PIN13，经U1转换成TTL电平信号RTS后由U1_PIN12输出，经由U3B、R2、C5、U3D、U3E组成的电路延时后，一方面送U4B_PIN4，打开数据门控；一方面由U3D_PIN3至U0_PIN6，打开模拟门控；另一方面送U4A_PIN2，与RTS经U3A反相后的信号进行与非操作，形成CTS信号送U1_PIN11，经U1转换成RS-232C信号CTST回送实时控制中心(1)。实时控制中心(1)收到此信号后即开始发送数据TXDT，经U1_PIN9输出TTL信号TXD，经U3C反相后，送U4B_PIN5，与U4_PIN4的门控信号进行与非操作后送到V5_PIN9，经由R3、R4、R5、R6、R7、R8、VR1、VR2、C3、C6、U5组成的调制器进行FSK调制后从U5_PIN2输出，该FSK调制信号的两个载频频率分别由R4、VR1和R6、VR2与C17决定。FSK调制信号经R9送达U0_PIN13，在门控信号的作用下从U0_PIN3输出，经由C0、R0、U8组成的射随器从U8_PIN6输出并分两路，分别送由C22、R15、R14、R13、VR4、U7组成的放大器和由C20、R12、C19、R11、R10、VR3、U6组成的移相放大器放大后从T1、T2输出，C18、T1、R90和C21、T2、R89的作用是将信号隔离后输出，这两路信号V01、V02将经过HVB4、始端箱(5)后送达感应无线编码电缆(6)，完成对发送数据的调制和发送。图中R60、D7和R61、D8分别为RTST信号和TXDT信号提供指示，C1、C7、C8、C10为VCC电源滤波，C2、C9、C11、C12、C13为+12V电源滤波，C4、C14、C15、C16为-12V电源滤波。

2、感应无线解调器

如图3所示，由感应无线编码电缆(6)接收到的车上调制信号经HVB4隔离后通过C80、C81分别送达U12A_PIN3和U13A_PIN3，其中一路V12经由R17、R18、R19、C23、U12A放大并经由C24、C25、R20、R21、R22、C26、U12B移相放大后从U12B_PIN7输出，经C27、R33加到U13B_PIN6；另一路VI1经由R27、R28、R29、C33、U13A放大后从U13A_PIN1输出，并经过R86、D13、D14限幅后经C37、R31加到U13B PIN6；这两路信号通过由R32、R34、C38、U13B组成的求和器求和放大后，由R83、D1、D2、D11、D12限幅，经C39送达U30_PIN13，同时由R84、R85对+5V分压后为其提供约+2.5V的直流偏至。该信号在U30_PIN6门控信号RXEN的作用下，从U30_PIN3输出经R36至带通滤波器U14-1；门控信号RXEN由调制器中的RTS信号反相后得到。带通滤波器U14初步滤去杂散干扰信号后从PIN3输出有用信号，经由C28、R39、R23、R24、VR5、C29、U9组成的放大器放大，从U9_PIN6输出，经R40、C40、R41加到滤波器U15_PIN1进行第二次滤波，进一步滤去杂散干扰信号后从PIN3输出干净的调制信号；之后该信号经由R87、C30、R45、D15、D16、R25、R26、U10组成的限幅放大器放大，从U10_PIN6输出并分成两路。一路经由C58、R59、R58、R56、R88、VR7、D3、D4、U11组成的整流放大器整流，并由R55、C57滤波后得到反映调制信号幅度大小的直流信号，该直流信号经由R42、R43、R57、R46、C41、U16组成的斯密特比较器比较后得到准载波检测信号，作为接收数据和载波检测的门控信号，加到U4C_PIN9和U4D_PIN12；另一路经C56、R54送达U17_PIN2，作为FSK解调芯片的输入信号，U17的外转器件有R53、R44、VR6、C54、C51、C52、C53、C55、R49、R37、R51、R52，其中由R53、R44、VR6、C54决定FSK解调芯片内部锁相环的中心频率，该频率通过VR6调整与输入的调制信号中心频率一致，C51、R51决定解调带宽，亦即调制数据的波特率，解调出的数据信号从U17_PIN7输出，数据有效信号从U17_PIN6输出，这两个信号都是OC输出的，所以分别外接R50、R38作拉电阻，数据有效信号加到U4D_13，与前述准DCD信号一起经与非操作后得到真正的载波检测信号，数据信号加到U4C_PIN10，在数据有效信号和前述准DCD信号的控制下，从U4C_PIN8输出真正有效的解调出的接收数据，该信号被加到U1_PIN10经转换成RS-232C信号后送实时控制中心(1)，完成数据的解调与接收。图中R47、D5和R48、D6分别为RXD信号和DCD信号提供指示，C43、C45、C47、C49、C82为VCC(+5V)电源滤波，C31、C32、C34、C35、C36为+12V电源滤波，C42、C44、C46、C48、C50为-12V电源滤波。

车上显示屏的工作原理：车上显示屏为高亮LED显示器，如图4所示，车上控制器(12)将要显示的数据以串行方式通过DP_DIN线在DP_CLK的作用下逐位传送给U1_PIN8(U1：HD7279)，经U1转换为并行数据后化为段、位显示数据，其中段数据从U1_PIN10～U1_PIN6(SG～SA)输出，经R2～R8限流后送达高亮七段数码LED组合D1～D14；同时位数据从U1_PIN18～U1_PIN25(DIG0～DIG7)输出，经由Q1、Q2、RP1、RP2～Q13、Q14、RP1、RP2组成的达林顿驱动电路进行电流放大后分别加到高亮七段数码LED组合D1～D14的公共端，与段数据一起完成要显示数据的动态扫描显示。小数点位从U1_PIN17(DP)输出，经过JP4、JP5跳线选择后加到R9、D15和R10、D16，完成“。”或“：”号的常亮或闪烁显示。图中R1为U1芯片的复位电阻，RP1和C1组成RC振荡器，为U1提供工作时钟，C2、C3为VCC电源滤波。

本实用新型所述的地址检测设备是实行移动机械自动化控制的一个不可缺少的部分，料场内多台套的移动机械设备生产运作构成本实用新型自动化控制的对象。以下详细的描述地址检测设备的具体结构和原理：

利用固定于地面轨道旁的感应无线编码电缆，与机车上的天线间的电磁感应，作为机车行走位置检测的手段(感应无线位置检测)，是一种新型的应用技术。其特点是：非接触式、连续地、绝对位置检测；检测方式多样、具有高分辨率(5mm)。由于这项技术具有优越的综合指标和使用价值，因此在工业(特别是钢铁工业)中得到广泛的应用。在仓库储存和原料场得到应用。本实用新型感应无线位置检测，按检测精度可分为一般位置检测APD(Absolut Position Detect)和高分辨率位置检测HRPD(High Resolving Position Detect)；按检测方式可分为地上局检测方式(即由地面中控室检测出机车行走的位置)和机上局检测方式(即由车上的机上局检测出机车行走的位置)。

由图1、5、6、12可知，感应无线编码电缆信号由通信电缆连接至HVB后，将R信号和G信号传输到带通滤波板，由PC控制带通滤波板的模拟开关电路分时采集R信号和G信号，经放大滤波后将其送到地址检测板，地址检测板中，R信号经整流滤波后送A/D转换器，经PC采集比较，送出信号幅值最大的一路作为基准信号，该基准信号与带通滤波板送来的G信号作相位比较，得到一组串行的格雷码地址数据，由PC变换后得到当前机车所处的APD位置。同时HVB将G₀信号和G₀′信号传输到HRPD地址检测板，由板上单片机控制的模拟开关电路分时采集G₀信号和G₀′信号，经放大和电子滤波，得到我们所需要的有用信号，该信号经整流滤波后送到A/D转换器，由板上单片机采集，运算，查表后得到精密地址数据。该数据经PC采集后与APD地址数据综合，即可得到反映机车相对于感应无线编码电缆的绝对地址的高精度位置数据。该数据一方面送上位机作进一步处理，另一方面送数码显示板显示。

本实用新型地址检测原理：

1、APD检测原理

1)、地上局检测方式：

当机车上的PC发送出载波，经由功率放大器放大后输出到发送天线，在固定于车上的发送线圈中通入交变电流时，在天线附近产生交变磁场，则感应无线编码电缆(靠近天线部分)每对线中产生感应电动势(每对线两个交叉点的叉开部分可以看着一个单线圈)，但由于各对线交叉数不同，所以在电缆端口检测到的信号相位不一。以R线的信号作为标准信号，各路G线信号与之进行相位比较，相位相同为“0”，相位相反则为“1”，如此得出一组数据则反映了天线(亦即移动机车)在感应无线编码电缆上所处的位置。如图10当天线处在0号位置时，从端口检测到的各路G线信号与R线信号相位相同，位置为0、0、0；当天线处在1号位置时，从端口检测到的G1、G2线信号与R线信号相位相同，而G₀线信号则由于经过一个交叉点，所以与R线信号相位相反，为置为0、0、1、；……。因G线的编制采用格雷码结构，所以得到的位置亦是格雷码数据，利用图2电路原理，很容易将其变为二进制码数据。如G线的对数为n，则可得2n个位置数据，若电缆中G线交叉间距(最小交叉间距)为W，则APD检测分辨率为r＝W/2(W为G₀线的交叉间距)。当感应天线位于R₁段时，R_i(i≠1)线上信号很弱，通过比较各路R线信号，就能判定机车在R₁段，则选用R₁线上的信号作为标准信号，各路G线信号与其作相位比较，即可得该段上的位置数据G₀。通过下式可计算出机车相对于感应无线编码电缆的绝对位置P：

P＝L×i+r×G (1)

I-机车所处的段位号，(i＝0，1，2，3……)

L-段电缆的长度，

R-APD最小分辨率

G：检测出的位置数据。

地上局位置检测电路框图见图7；PC作为位置检测中心，对输入的数据进行运算、软件滤波、相符判别等。

2)、机上局检测方式：

信号由地上局以同频分时的方式，按一定时序将信号分别送给感应无线编码电缆的R、G₀、G₁等线，固定在机车上的接收天线中收到信号，因天线所处位置不同，在不同时刻信号的相位也不同，如图4，只要把t₁、t₂内收到的信号与t₀内收到的信号进行相位比较，则能得出反映天线位置的一组串行格雷码数据，其机车的绝对位置计算公式与地上局检测方式的式(1)完全一致。

2、高分辨率(HRPD)位置检测原理：

APD位置检测方式的分辨率完全依赖于感应无线编码电缆中G线的最小交叉间距。由于交叉间距过分减小，会使得感应无线编码电缆与机车上的天线间的耦合减弱，信噪比恶化，经试验，APD分辨率的极限值为10cm。虽然在一般的工业控制系统应用中，这个分辨率已经够了，但在有些特殊行业却要求有更高分辨率的位置检测系统(如焦化厂炼焦炉的三车联锁控制系统以及行车等自动控制系统)，于是便产生了HRPD。

HRPD的基本原理是采取特殊的幅度数据处理技术，将APD最小交叉间距分细，得到1cm至5mm，甚至更少的分辨率。HRPD也分为地上局检测方式和机上局检测方式。其原理基本相同，这里以地上局检测方式为例说明。

在APD感应无线编码电缆中，增加一对间距最小对线G₀′与原有的G₀错开半个最小间距位置，并使天线宽度与G₀的最小交叉间距一致，(见图9)。随着天线移动，(如图10)，如果考虑到发送天线产生的磁场在一定范围内近似于均匀分布，那么地上局接受到的G₀、G₀′信号幅度V(G₀)、V(G₀′)的大小就由天线在G₀、G₀′对线某交叉间距内所作用的有效面积来决定，可得以下公式：

V(G₀)＝V₀X(1-X/r) (2)

V(G₀)＝V₀X(X/r) (3)

则：X/r＝V(G₀′)/[V(G₀)+V(G₀′) (4)

式中： V0-V(G₀)、V(G₀′)的最大幅度

r-APD的分辨率 r＝W/2

W-为G₀的最小交叉间距

由于G₀和G₀′是对称的两组信号，V(G₀)+V(G₀′)是一个不受天线所处位置影响的定值。所以X的值是由V(G₀)或V(G₀′)的幅度决定的。但由于V(G₀)和V(G₀′)都受电压强弱影响，仅用它来反映精密地址是不可靠的。如果用比值HP＝V(G₀)/V(G₀′)的值反映精密地址，那就可靠了，因为HP的值是不受幅值影响而仅与其相对大小有关的一个非线性函数。(如图11)，图中V(G₀)、V(G₀)为线性函数，而HP值是一个非线性函数。利用计算机查表分辨技术，对照HP值即可查出精密地址值X(0＜X＜r)，经分析可知在G₀为“0”区域内，其函数值单调上升，所读地址为原APD地址+X；在G₀为“1”区域内，其函数值单调下降，所读地址为原APD地址+(1-X)。

本实用新型的具体电路如下：

PC部分是以单片机为内核。由串行接口和并行接口组成，发送出载波和总线信号。地址载波功率放大器具有两级前置小信号放大和功率调整电路。原理图见图13，载波信号由IN1输入，信号限幅后由放大电路两级放大后，输出功率调整电路用于对现场实际需要调整输出信号的大小。天线箱由发送天线组成。原理图见图14，发送天线是一个R、C谐振电路，谐振频率为20KHZ～500KHZ。感应无线编码电缆结构：在感应无线编码电缆内部，由若干对电线相互重叠，分为G线和R线，如图15所示。各对基线1(G₀、G₁、G₂……)在一段内，以一定的间距按格雷码规则交叉编制。格雷码有一个显著的特点，就是从一个代码变为相邻的另十个代码时，其中只有一位发生变化，因而在感应无线编码电缆中的任何处不存在两对线同时交叉，避免了天线过交叉点时可能引起的误差。R线作为标准信号线，不能交叉，但考虑到外界杂散电磁场的影响，不能太长，故采用R线分段技术，每对R线只在相应的段叉开，而在其余段双绞，即R₀在0段叉开，在1、2等段双绞。整个电缆由若干段组成，段与段之间由段间相连接起来。始端箱用于连接感应无线编码电缆和通信电缆。终端箱用于为感应无线编码电缆的电阻匹配。阻抗匹配器用于为感应无线编码电缆的电阻匹配，并使输入信号由双端信号转变为单端信号输出，同时具有隔离作用。带通滤波板的原理图纸如图16，电路由模选开关、放大电路、滤波电路和半波整流电路组成，模选开关用于分时选通各对R线和各对G线，放大电路用于对小信号放大，滤波电路用于对各信号带通滤波，消除干扰信号。R信号由一路模选开关，按总线信号控制分时开放R₀和R₁信号，由放大电路放大后经由电子滤波器滤波，得到有用信号，再将信号分成两路，一路经过半波整流后得到“CC”信号；一路经过放大后得到“CP”信号，它用来作为与G信号(“PP”信号)相位比较的基准信号。G信号由另一路模选开关，按总线信号控制分时开放各G信号，由放大电路放大后经由电子滤波器滤波，得到有用信号，经放大后得到“PP”信号。图中D1、D2是二极管；U1是CD4051BC，单八路模拟选择开关；U2是SN74HC573，锁存电路；U3、U4、U5是LM318，单路放大器；U6是NE5532，两路放大器；U7是CD4067，单十六路模拟选择开关；BF1、BF2是有源电子滤波器；JP1是总线接口；J1是15芯输入接口。U1、U2和U3组成两组模拟选择电路，从J1输入R、G信号，R信号经U1选通后由U3一级放大，由BP1滤波后分两路信号，一路由U4二级放大经D1、D2半波整流得到“CC”信号，通过JP1送往地址检测板；一路由U6A二级放大得到“CP”信号，通过JP1送往地址检测板。G信号经U2选通后由U5一级放大，由BP2滤波后，由U6B二级放大得到“PP”信号，通过JP1送往地址检测板。

地址检测板的原理图纸如图17，由比较电路、放大电路、译码电路、锁存电路和模数转换电路组成。“CC”信号经由带通滤波板输入后，经过放大滤波后由A/D转换器送到PC，经比较，选出幅值大的一路做基准信号“CP”。“PP”信号和“CP”信号分别经过过零比较后相异或，得到G信号与基准信号(R信号)同相或反相的一组数据，由锁存电路送PC，经格雷码变换后得到二进制的APD数据。图中；U1、U2、U3是LM311，比较器；U4是SN74HC86，逻辑异或门；U5是SN74HC245，缓冲器；U6是LM318，单路放大器；U7是SN74HC02，逻辑或非门；U8是SN74HC30逻辑与非门；U9是SN74HC138，译码，电路；U10是ADC0801，A/D转换器；U11、U12是SN74HC573，锁存电路；J1是25芯输出接口；JP1是总线接口。从JP1输出“CC”、“PP”和“CP”信号，“CC”信号经由U6放大后由U10送到PC，经比较，选出幅值大的一路做基准信号“CP”，“PP”信号和“CP”信号分别经过U1和U3过零比较后经U4A相异或，得到一信号经过U2电平比较送U5输出经JP1送PC，经格雷码变换后得到二进制的APD数据，该数据与HRPD地址检测板的数据经PC综合后由JP1送至U11、U12，经J1送往数码地址显示板显示，地址控制线A3、A4、A5、A6经U8和A0、A1、A2、VCC、/IORQ(高八位地址线)控制U9，译码地址值由U7输出后控制U5、U10、U11、U12。

HRPD地址检测的电原理图如图18，由模选开关、放大电路、带通滤波电路、整流电路、单片机(CPU)电路、模数转换电路、译码电路、复位电路和锁存电路组成。G₀和G₀′信号模选开关，按板内单片机控制分时开放，经放大和电子滤波，得到有用信号，将信号半波整流滤波后得到直流信号；由A/D转换器转变成数字信号后送单片机进行运算、查表得到精密地址数值，以备PC随时读取。图中D1、D2：二极管；U1、U2、U3：TL081，放大器；U5：CD4051BC，单八路模拟选择开关；U6：SN74HC32，逻辑或门；U7：IMP813L，复位发生和看门狗电路；U8：AT89C51，单片机芯片；U9：SN74HC573，锁存电路；U10：ADC0801，A/D转换器；J1：3芯输入接E1；JPI：总线接口。G₀和G₀′信号由J1输入通过U5选通后由U1一级放大，BP1滤波后，U2二级放大，U3和D1、D2半波整流滤波得到直流信号由U10转变成数字信号后送U8进行运算、查表得到精密地址数值，用U9锁存以备PC随时从JP1读取。用U7为U8提供复位发生和看门狗信号。U8的P2.6为U5提供选通控制信号。由JP1输入总线地址信号和RD(读信号)信号经U4和U6输出控制U9而读取地址数据。

数码地址显示原理图纸如图19，电路由数码管和数码驱动电路组成。地址数据送到数码驱动电路，由数码驱动电路驱动数码管显示。图中JP1是8芯输入接口；JP2是跳线开关，；U1是HD7279，数码管驱动电路；D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7是数码管；D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、D16是发光管。数据信号由JP1输入送U1驱动D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、D16。

Claims

1、一种感应无线料场移动机械地址检测及自动控制系统，其特征在于由设在地面的中央控制室(16)、计划记录上位工控机(17)、实时动画工控机(18)、打印机(19)、移动机械机上部分(15)和设在生产线附近的感应无线编码电缆(6)组成，其中通过感应无线编码电缆(6)进行地面中央控制室(16)与移动机械的通信联络，通过安装在中央控制室(16)的地址检测设备进行移动机械的位置检测与定位，且由计划记录上位工控机(17)将操作指令下载到中央控制室(16)，指令信号经处理后，经感应无线编码电缆(6)感应到移动机械的机上部分(15)，并经机上部分(15)解释后指挥各移动机械执行相应操作，同时机上部分(15)收集各种信息，信息经处理后感应到感应无线编码电缆(6)，经中央控制室(16)综合处理，上载到计划记录上位工控机(17)，产生实时数据，形成实时动画，并将计划记录上位工控机(17)和实时动画工控机(18)通过网络适配器连到企业网(20)。

2、根据权利要求1所述的感应无线料场移动机械地址检测及自动控制系统，其特征在于所述的中央控制室(16)由实时控制中心(1)和多套地址检测设备(2)、IR_MODEMC(3)、HVB(4)组成，其中感应无线编码电缆(6)信号由通信电缆连接至HVB，将R信号和G信号传输到带通滤波板，由PC控制带通滤波板的模拟开关电路分时采集R信号和G信号，经放大滤波后将其送到地址检测板，地址检测板中，R信号经整流滤波后接A/D转换器，经PC采集比较，选出一路基准信号与带通滤波板送来的G信号作相位比较得到地址数据，由PC变换后得到当前机车所处的APD位置；同时HVB将G₀信号和G₀′信号传输到HRPD地址检测板，板上单片机控制的模拟开关电路分时采集G₀信号和G₀′信号，经放大、滤波的信号经整流滤波后连接A/D转换器，由板上单片机得到精密地址数据，经PC采集后与APD地址数据综合，即可得到高精度位置数据。

3、根据权利要求1所述的感应无线料场移动机械地址检测及自动控制系统，其特征在于所述的移动机械机上部分(15)包括天线(9)、车上控制柜(14)和车上显示屏(13)，其中车上控制柜(14)由IR_MODEMV(10)、输入输出部件(11)和车上控制器(12)组成，其中车上控制器(12)将数据以串行方式通过DP_DIN线在DP_CLK的作用下逐位传送给U1_PIN8，U1：HD7279，经U1转换为并行数据后化为段、位显示数据，其中段数据从U1_PIN10～U1_PIN6，SG～SA输出，经R2～R8限流后送达高亮七段数码LED组合D1～D14；同时位数据从U1_PIN18～U1_PIN25，DIG0～DIG7输出，经由Q1、Q2、RP1、RP2～Q13、Q14、RP1、RP2组成的达林顿驱动电路进行电流放大后分别加到高亮七段数码LED组合D1～D14的公共端，与段数据一起完成要显示数据的动态扫描显示；小数点位从U1_PIN17，DP输出，经过JP4、JP5跳线选择后加到R9、D15和R10、D16，完成“.”或“：”号的常亮或闪烁显示。

4、根据权利要求1所述的感应无线料场移动机械地址检测及自动控制系统，其特征在于所述的IR_MODEM分为地上调制解调器IR_MODEMC(3)和车上调制解调器IR_MODRMV(10)，由调制器和解调器两部分组成，其中：

a、感应无线调制器将实时控制中心(1)或车上控制器(12)送来的请求发送信号RTST延时后形成CTST信号回送，同时发送数据TxDT经电平变换器U1变成TTL信号后在RTS的门控下送到调制器芯片U5：XR2206，形成FSK调制信号，经RTS控制的模拟选通门U0选通和U8射随后，送由U6、U7组成的放大器放大，经T1、T2隔离后分两路从VO1、VO2输出，送感应无线编码电缆(6)或车上天线(9)发送；其中FSK调制载波的频率由R4、VR1、C17和R6、VR2、C17决定；

b、感应无线解调器接收从感应无线编码电缆(6)或车上天线(9)感应到的从VI1、VI2输入的两路调制信号，经U12、U13组成的前置放大器放大，D1、D2、D11、D12限幅和RTS控制的模拟选通门U30选通后，由U14、U9和U15、U10两级带通滤波放大后滤去干扰信号，一路送U11、U16组成的幅度检测电路形成准DCD信号，另一路送U17：XR2211解调芯片解调后还原成TTL信号从U17_7输出，并在准DCD信号和U17_6输出的DCD信号的控制下，经U1变换成RS-232C或RS-485信号，送实时控制中心(1)或车上控制器(12)接收。